Номер 5, страница 336 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 13. Механические волны. Акустика. Параграф 71. Распространение волн в упругой среде - номер 5, страница 336.

Условие.

5. В чём отличие отражения поперечной волны в шнуре с закреплённым и незакреплённым концом?

Решение.

Решение

Отличие отражения поперечной волны в шнуре с закреплённым и незакреплённым концом заключается в поведении отражённой волны, а именно в изменении её фазы по сравнению с падающей волной. Рассмотрим оба случая.

Отражение от закреплённого конца

Когда поперечная волна (например, в виде горба) достигает конца шнура, который жёстко закреплён, этот конец не может совершать колебания. Падающая волна действует на опору с силой, направленной вверх. В соответствии с третьим законом Ньютона, опора действует на шнур с равной по модулю, но противоположной по направлению силой, то есть вниз. Эта сила порождает отражённую волну. В результате отражённая волна оказывается инвертированной (перевёрнутой) по отношению к падающей. Таким образом, горб волны отражается в виде впадины, а впадина — в виде горба. В этом случае говорят, что фаза волны при отражении изменяется на $ \pi $ радиан или $ 180^\circ $.

Отражение от незакреплённого (свободного) конца

Если конец шнура может свободно перемещаться в поперечном направлении (например, на него надето лёгкое кольцо, скользящее по вертикальному стержню без трения), то такой конец называется свободным. Когда волна достигает свободного конца, он начинает двигаться вместе с волной. Достигнув максимального смещения, конец шнура за счёт сил упругости (натяжения) возвращается в исходное положение, порождая отражённую волну. В этом случае отражённая волна не инвертируется. Её фаза совпадает с фазой падающей волны (изменение фазы равно нулю). Это означает, что горб отражается горбом, а впадина — впадиной.

Ответ

Основное отличие заключается в изменении фазы волны при отражении. При отражении от закреплённого конца фаза поперечной волны изменяется на $ \pi $ ($ 180^\circ $), в результате чего волна инвертируется (переворачивается). При отражении от незакреплённого (свободного) конца фаза волны не изменяется, и инверсия не происходит.